大物课件光的偏振

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1、1第第19章章 光的偏振光的偏振19.1 自然光和偏振光自然光和偏振光1 线偏振光线偏振光（完全）线偏振光（完全）线偏振光 光波的横波性光波的横波性偏振态偏振态平面偏振平面偏振振动平面振动平面 光是电磁波，电磁波是横波光是电磁波，电磁波是横波 ，光矢量的振动方向总是和，光矢量的振动方向总是和光的传播方向光的传播方向垂直垂直，光矢量的振动方向对传播方向而言具有不，光矢量的振动方向对传播方向而言具有不对称性，称为光的偏振。对称性，称为光的偏振。23 部分偏振光部分偏振光 2 自然光自然光在垂直光传播方向的平面内，光矢量大小在所在垂直光传播方向的平面内，光矢量大小在所有可能方向上都相等，各光矢量之间

2、有可能方向上都相等，各光矢量之间没有固定没有固定的位相关系的位相关系，这种光称为，这种光称为自然光自然光。021IIIyx 22ixxxAAI 22iyyyAAI 自然光自然光等效于等效于任意两个互相垂直的、任意两个互相垂直的、彼此独立的彼此独立的（无确定位相关系）、振幅相等的光振动之和。（无确定位相关系）、振幅相等的光振动之和。 互相垂直的两方向上的光振动光强各占自然互相垂直的两方向上的光振动光强各占自然光总光强的一半，即光总光强的一半，即自然光的图示：自然光的图示： 部分偏振光是介于偏振光和自然部分偏振光是介于偏振光和自然光之间的情形，一般地，部分偏振光光之间的情形，一般地，部分偏振光都可

3、看成自然光和线偏振光的混合。都可看成自然光和线偏振光的混合。3椭圆偏振光椭圆偏振光:时，当kAAyx、，、时212和或当)k(kAAyx合成椭圆偏振光合成椭圆偏振光.圆偏振光圆偏振光:时，2)12(当kAAyx、合成光振动矢量末端轨迹是圆。合成光振动矢量末端轨迹是圆。4 椭圆偏振光和圆偏振光椭圆偏振光和圆偏振光可以看成频率相同，振动方向互相垂直，且有固定位可以看成频率相同，振动方向互相垂直，且有固定位相差的两列线偏振光的合振动相差的两列线偏振光的合振动满足椭圆方程：满足椭圆方程：22222sincos2yxyxAAxyAyAx时时，为为线线偏偏振振光光）（K 光的光矢量在沿着光的传播方向前进的

4、同时，还绕着传光的光矢量在沿着光的传播方向前进的同时，还绕着传播方向均匀转动。播方向均匀转动。4起偏器和检偏器起偏器和检偏器 自然光入射到偏振片，自然光入射到偏振片，透射光为线偏振光透射光为线偏振光。透射线偏振光光。透射线偏振光光矢量的振动方向为矢量的振动方向为通光方向通光方向，或，或透光轴透光轴，也叫，也叫偏振化方向偏振化方向。 1. 1. 起偏器和检偏器起偏器和检偏器起偏器：能起偏器：能产生产生线偏振光的装置。线偏振光的装置。检偏检偏器：能器：能检验检验线偏振光的装置线偏振光的装置 起偏器也可作为起偏器也可作为检偏检偏器器检偏检偏 ：旋转检偏器，：旋转检偏器，每转过每转过 90o 交替出现

5、极大和消光交替出现极大和消光，则，则入射光为线偏振光。入射光为线偏振光。19.2 起偏和检偏起偏和检偏 马吕斯定律马吕斯定律52. 二向色性二向色性 产生线偏振光方法之一产生线偏振光方法之一 对互相垂直的两个光振动有选择对互相垂直的两个光振动有选择吸收的这种性能。称为二向色性吸收的这种性能。称为二向色性3. 3. 马吕斯定律马吕斯定律透过光振幅透过光振幅 A 是入射振幅是入射振幅 Ao 在透光轴上的在透光轴上的投影投影，即，即cos0AA 起偏器和检偏器起偏器和检偏器cos0A二向色性二向色性6 则透过的线偏振光的光强则透过的线偏振光的光强 I 与与 入射线偏振光光强入射线偏振光光强 Io 的

6、的关系为关系为20cosII . . 马吕斯定律马吕斯定律 式中式中为入射光振动方向与透光轴的为入射光振动方向与透光轴的夹角夹角。1. 布儒斯特定律布儒斯特定律产生线偏振光的方法之二产生线偏振光的方法之二 自然光在两种各向同性介自然光在两种各向同性介质质分界面分界面反射和折射时，一反射和折射时，一般情况反射光和折射光都将般情况反射光和折射光都将成为成为部分偏振光部分偏振光。i2n1n 入射 反射 玻璃 折射i19.3 反射和折射起偏反射和折射起偏 布儒斯特定律布儒斯特定律 应用：立体电影应用：立体电影=7120tgnni 在以特殊的入射角在以特殊的入射角 i0 入射时，入射时，反射光成为完全偏

7、振光反射光成为完全偏振光，其光振动方向其光振动方向垂直入射面垂直入射面。当以当以起偏角起偏角 i0 入射时，入射时，反射线与折射线互相垂直反射线与折射线互相垂直，即，即入射角入射角 i0 为为起偏角起偏角，或，或布儒斯特角布儒斯特角20i. 布儒斯特定律布儒斯特定律推论：推论：120sinsinnni由布儒斯特定律由布儒斯特定律120tgnni 由折射定律由折射定律sincos0i比较上面两式，得比较上面两式，得20i0i2n1n 入射 反射 玻璃 折射0i81 1）. . 玻璃片堆玻璃片堆 自然光以起偏角自然光以起偏角 i0 入射时，反射光皆入射时，反射光皆为振动方向垂直入射面的线偏振光，总

8、为振动方向垂直入射面的线偏振光，总的反射光强增大，而的反射光强增大，而折射光也折射光也近似近似成为成为完全完全线偏振光线偏振光。 玻片堆玻片堆关于反射光的光强：关于反射光的光强： 当自然光以起偏角当自然光以起偏角 i0 入射时，入射时，反射光反射光虽然是完全偏振的，虽然是完全偏振的，但但光强较弱光强较弱。 例如，自然光以例如，自然光以 i0 由空气射入玻璃，平行入射面的光振由空气射入玻璃，平行入射面的光振动全部被折射；垂直入射面的光振动约动全部被折射；垂直入射面的光振动约 85% 也被折射，反也被折射，反射的只占约射的只占约 15% , 仅占入射光总能量的仅占入射光总能量的7% 。 2. 布儒

9、斯特定律应用布儒斯特定律应用3 3）. . 测量测量不透明不透明介质的折射率，如珐琅，釉质等介质的折射率，如珐琅，釉质等 在水边照相时，水面的反射光很强，因是偏振光，用偏振镜在水边照相时，水面的反射光很强，因是偏振光，用偏振镜减少入射光减少入射光。2 2）. . 偏振滤光镜偏振滤光镜9 拍摄玻璃窗内的物体时，用偏振片拍摄玻璃窗内的物体时，用偏振片 去掉反射光去掉反射光的的干扰干扰 10例例1：有一束：有一束自然光和线偏振光自然光和线偏振光组成的组成的混合光混合光，当它通过偏振片，当它通过偏振片 时改变偏振片的取向，发现时改变偏振片的取向，发现透射光强可以变化透射光强可以变化7倍倍。试求入射。试

10、求入射光中两种光的光强度各占总入射光强的光中两种光的光强度各占总入射光强的比例比例。解：设入射光的光强为解：设入射光的光强为I0,其中线偏振光的光强为其中线偏振光的光强为I01,自然光的光自然光的光 强为强为I02.在该光束透过偏振片后，其光强由马吕斯定律可知：在该光束透过偏振片后，其光强由马吕斯定律可知：0220121cosIII当当 =0时，透射光的光强最大，时，透射光的光强最大，0201max21III02min21II当当 = /2时，透射光的光强最小，时，透射光的光强最小，0201020201minmax327217IIIIIII入射总光强为：入射总光强为： I0 =I01+I024

11、1,43002001IIII11例例2:2:让入射的让入射的线偏振光线偏振光依次通过偏振片依次通过偏振片1 1和和2 21 1和和2 2的偏振的偏振化方向与原入射光光矢量振动方向的化方向与原入射光光矢量振动方向的夹角分别是夹角分别是和和欲使最欲使最后透射光振动方向与原入射光振动方向互相后透射光振动方向与原入射光振动方向互相垂直垂直，并且透射光有，并且透射光有最大的光强最大的光强，问，问和和各应满足什么条件？各应满足什么条件？解解: (1)(1)见图，只有让见图，只有让9090，才能使通过，才能使通过1 1和和2 2的的透射光的振动方向（透射光的振动方向（A A2 2）与原入射光振动方向（）与原